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Einrichtung zur Getterung von Vakuumgefässen, deren Wandungen aus keramisehen Werkstoffen oder aus Metall bestehen.
Es ist in der Vakuumtechnik allgemein üblich, das Vakuum durch Verdampfung sogenannter
Getterstoffe innerhalb des Gefässes zu verbessern bzw. den Pumpprozess durch die Verwendung solcher
Getterstoffe abzukürzen. Die Erfindung bezieht sich auf ein derartiges Verfahren zur Getterung von Vakuumgefässen, deren Wandungen aus Metall oder aus keramischen Werkstoffen bestehen.
Es ist bei metallischen Vakuumgefässen bereits bekannt, die Getterstoffe im Innern des Gefässes unmittelbar an der Aussenwand anzubringen und sie dann durch Erhitzen von aussen her zu verdampfen.
Dieses Verfahren weist jedoch insofern einen empfindlichen Nachteil auf, als durch die gute Wärmeleitfähigkeit der metallischen Wandung die Wärme verhältnismässig rasch von der Erhitzungsstelle wieder fortgeleitet wird. Deshalb ist man gezwungen, besonders hohe Temperaturen anzuwenden, wodurch wiederum sehr leicht die der Erhitzungsstelle benachbarten übrigen Lötstellen des Gefässes und auch das Elektrodensystem gefährdet werden können.
Man hat auch bereits vorgeschlagen, bei Glasgefässen mit Hilfe einer glühelektrischen Entladung in einem besonderen, mit dem Gefässinnern kommunizierenden Raum eine Ionisation der Restgase vorzunehmen, um diese so elektrisch aktivierten Restgase zu binden. Dabei handelt es sich jedoch nicht um ein sogenanntes Getterverfahren, also nicht um die Verdampfung von Metallen, die die unerwünschten Gase chemisch oder physikalisch binden. Abgesehen davon ergeben sich aber bei der Getterung von Gefässen, die nicht aus Glas, sondern aus Metall oder Keramik hergestellt sind, besondere Schwierigkeiten bei dem Versuch, die Getterstoffe innerhalb eines besonderen Wandungsteiles anzuordnen und ihre Verdampfung alsdann durch Erhitzung von aussen her vorzunehmen.
Die Schwierigkeiten, die sich bei metallischen Gefässen hiebei ergeben, sind bereits oben erwähnt worden. Keramische Wandungsteile können dagegen nicht ohne weiteres lokal erhitzt werden, da die Gefahr einer Entstehung von Rissen und Sprüngen dabei besteht, so dass die Vakuumdichtigkeit und die mechanische Festigkeit in Frage gestellt werden.
Die Erfindung zeigt einen Weg, auf dem es gelingt, Vakuumgefässe mit metallischen oder keramischen Wandungen ohne thermische Gefährdung irgendweleher Lötstellen oder Elektroden zu gettern.
Gemäss der Erfindung geschieht es in der Weise, dass bei einem Verfahren zur Getterung von Vakuum- gefässen, deren Wandungen aus keramischen Werkstoffen oder aus Metall bestehen, die Getterstoffe an der Innenseite eines besonderen Wandungsteiles angeordnet werden, der möglichst weit von den an den Gefässwandungen vorhandenen Lötstellen entfernt ist oder über einen Wärmewiderstand mit den metallischen Wandungsteilen des Gefässes in Verbindung steht.
In der Zeichnung sind einige Anwendungsbeispiele des Verfahrens nach der Erfindung dar- gestellt.
In Fig. 1 ist ein elektrisches Entladungsgefäss dargestellt, dessen rohrförmiger Körper 21 aus einem keramischen Werkstoff besteht. Die Öffnungen des rohrförmigen Körpers 21 werden durch Metallkappen 22 und 23 geschlossen, die man, zweckmässig mit Hilfe eines Hartlotes, auf den rohr- förmigen Körper 21 auflötet, nachdem man die zu lötenden Stellen des keramischen Körpers zuvor metallisiert hat. Zu einer solchen Metallisierung eignet sich das Pulver eines hochschmelzenden unedlen
Metalles, beispielsweise Eisenpulver, das man mit oder ohne Bindemittel auf die keramische Unterlage
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aufträgt und dann, zweckmässig im Vakuumofen, festsintert.
Die Sinterungstemperatur, die sich bei der Verwendung von Eisenpulver als besonders günstig erwiesen hat, liegt um 12650 C. Ein rohrförmiger Ansatz 25 ist bei 26 mit der Kappe 22 verlötet. Die Kappe 22 besitzt eine Öffnung 24, wodurch die Teile S. ! und 25 kommunizieren. An der oberen Öffnung des rohrförmigen Ansatzes 25 befindet sich ein zylindrischer Metallkörper 27, der an seinem mittleren Teil etwas verjüngt ist ; er sitzt auf dem Absatz 33 des rohrförmigen Teiles 25. Die Getterpille 29 liegt in der gezeichneten Lage des Entladungsgefässes auf der Kappe 22 auf.
Der vakuumdichte Abschluss des Entladungsgefässes erfolgt durch Verschweissen des rohrförmigen Ansatzes mit dem Metallkörper 27 an der Stelle, an der die Schweisselektroden 30 und 31 angedeutet sind ; ferner durch Verschliessen des Pumpstutzens 32. Bei dem Schweissprozess werden Temperaturen von etwa 750J C erreicht ; sie können um so weniger die Verdampfung der Getterpille 29 bewirken, als diese genügend weit von der Schweissstelle entfernt ist.
Ein derartig dicht abgeschlossenes Entladungsgefäss zeigt die Fig. 2. Das Entladungsgefäss ist, wie man aus der Zeichnung sieht, in eine derartige Lage gebracht, dass die Getterpille 39 auf dem zylindrischen Metallkorper 35 liegt. Die Verdampfung der Getterpille 39 erfolgt nun beispielsweise dadurch, dass man die Schweiss elektroden 40 und 41 dem rohrförmigen Ansatz 35, wie in der Figur dargestellt ist, nähert und dann den Strom einschaltet. Die Dämpfe der Getterpille dringen durch die Öffnung 34 in den Innenraum des Körpers 42 ein und üben dort die gewünschte Wirkung aus.
Insbesondere bei Vakuumgefässen, deren Wandungen aus Metall hergestellt sind, kann es, wie bereits eingangs geschildert wurde, bisweilen vorkommen, dass die zur Erhitzung der Getterpille bestimmte Wärme zu rasch von der Erhitzungsstelle wieder fortgeleitet wird ; deshalb ist man unter Umständen gezwungen, besonders hohe Temperaturen anzuwenden, wodurch sehr leicht die der Erhitzungsstelle benachbarten Lötstellen des Gefässes und bei elektrischen Entladungsgefässen auch das Elektrodensystem gefährdet sein können. Durch die in den nachstehend beschriebenen Fig. 3-5 dargestellten Anwendungsbeispiele der Erfindung kann auch diesem Übelstande sicher abgeholfen werden, indem zwischen dem der Getterpille benachbarten Wandungsteil und der übrigen metallischen Wandung ein Wärmewiderstand vorgesehen wird.
Es ist zwar bereits bekannt, bei bestimmten Getterverfahren Wärmewiderstände anzuwenden, indessen handelt es sich bei den bekannten Verfahren darum-im Gegensatz zu dem Verfahren nach der Erfindung, - durch diese Wärmewiderstände die Verdampfung der Getterpille zu verzögern. Als Wärmewiderstände können beispielsweise Legierungen mit geringer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Invar oder Frigidal, verwendet werden. Von diesen Legierungen ist bekannt, dass wahrscheinlich durch Mischkristallbildung ihre Wärmeleitfähigkeit wesentlich erniedrigt wird. Man kann nach der Erfindung aber auch zwischen der metallischen Wandung und den die Getterpille tragenden metallischen Teil eine keramische Platte od. dgl. schalten.
Zur Verbindung der keramischen Platte mit den metallischen Körpern soll nach der Erfindung ein Hartlot, also beispielsweise Silber, Kupfer, Gold, Phosphorbronze oder eine Kupfer-Silber-Legierung, verwendet werden. Dabei ist es zweckmässig, die keramischen Verbindungsstellen vor dem Lötprozess mit einer Metallschicht zu versehen. Das kann z. B. in der Weise vor sich gehen, dass man aus Metallpulver und einem organischen Klebemittel eine Paste herstellt, diese auf die keramischen Verbindungsstellen aufträgt und dann das Ganze bis zur Sintertemperatur des Metalles erhitzt. Für die Metallsierung eignen sich hochschmelzende unedle Metalle, wie Eisen, Nickel und Chrom.
Die Fig. 3 zeigt ein metallisches Vakuumgefäss 51, das bei 52 durch Löten oder Schweissen vakuumdicht verschlossen ist. 54 sind Durchführungsisolatoren, die metallische Absehlusskappen 55 tragen. Durch eine derartige Ausbildung kann man solche Gefässe in Fassungen einsetzen, wie es bereits bei den üblichen elektrischen Entladungsgefässen geschieht. Das Gefäss 51 weist einen rohrförmigen Ansatz 56 auf, der durch den Metallteil 35 abgeschlossen ist. Zwischen dem Flansch 57 und dem Metallteil 58 befindet sich gemäss der Erfindung ein Wärmewiderstand 59, der aus Invar bestehen kann. Die Getterpille 61 befindet sich in der Kapsel 60, die an dem Teil 58 befestigt ist. Durch Erhitzung von aussen an dieser Stelle wird die Getterpille verdampft.
Durch den Wärmewiderstand 59 ist dafür Sorge getragen, dass die zugeführte Wärme möglichst an der Erhitzungsstelle verbleibt und nicht eine Lötstelle oder aber das im Innern des Gefässes befindliche Elektrodensystem thermisch gefährdet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 dargestellt. Die metallische Wandung ist wieder bei 71 angedeutet, der metallische Absehlussteil 73, an dem wieder die Getterpille 74 befestigt ist, ist in diesem Falle über einen keramischen Ring 72 mit dem rohrförmigen Ansatz der metallischen Wand 71 verbunden. Die Verbindung dieser Teile geschieht zweckmässig in der oben beschriebenen Weise durch Verlöten mittels eines Hartlotes.
Fig. 5 zeigt eine Dreielektrodenröhre, bei der naturgemäss eine der Elektroden, insbesondere die Anode, auch durch die metallische Aussenwand 81 gebildet werden könnte. Die Stromzuführungen sind in die keramische Bodenplatte 82 und unter Verwendung metallischer Kontaktteile 85 nach dem bereits beschriebenen Verfahren mittels eines Hartlotes vakuumdicht verlötet. In der gleichen Weise wird auch die keramische Bodenplatte 82 bei 83 mit der Wand 81 verbunden.
Bei 84 ist ein Lotring dargestellt, der etwa aus Silber bestehen kann, das nach der Erhitzung in die Lötfuge eindringt und sie vakuumdicht versehliesst. Die Elektroden-nämlich die Kathode, das sie umgebende Gitter 89 und die Anode-sind in Glimmerscheiben 86 und 87 eingepasst, die auf Haltenasen an der Innenwandung
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des Gefässes ruhen. Die Glimmerscheiben lassen sich sehr leicht mit entsprechenden Aussparungen versehen, so dass man beim Einsetzen des Elektrodensystems die Glimmerscheiben zunächst über die Haltenasen hinweg bewegen kann, auf denen sie dann nach einer seitlichen Drehung aufliegen. Bei 91 ist ein Pumpstutzen dargestellt, durch den die Evakuierung und der vakuumdichte Abschluss des Gefässes erfolgen kann.
Es ist naturgemäss auch möglich, den Pumpstutzen an einer andern Stelle - etwa an der keramisehen Bodenplatte 82 - anzubringen. Die Getterpille 93 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 an einem Metallteil 92 angebracht, der über das keramische Zwischenglied 94 mit der Wand 81 unter Verwendung von Hartloten verlötet werden soll. Das Lotmetall ist bei 95 angedeutet, u. zw. ist es zweckmässig, auch in diesem Falle in kompakter Form, beispielsweise als Drahtring, an die Lötstelle gebracht, die bei Erhitzung auf entsprechende Temperaturen vakuumdicht verschlossen wird. Die Verdampfung der Getterpille 93 kann durch Erhitzung des Teiles 92 von aussen her erfolgen, ohne dass die Wärme wesentlich von der Erhitzungsstelle fortgeleitet wird.
Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich durch grosse Einfachheit aus und eignet sich insbesondere für die Massenherstellung von kleinen elektrischen Entladungsgefässen, bei denen die Verschlechterung des Vakuums durch das Gasen beim Abschmelzen des Pumpstutzens schon eine verhältnismässig grosse Rolle spielt. Als Getterstoffe eignen sich die bekannten Erdalkalimetalle Kalzium, Barium und Magnesium, es lassen sich aber auch Erdmetalle Cer, Lanthan, Neodym od. dgl. verwenden, die man sehr rein durch eine thermische Zersetzung ihrer Amalgame erhalten kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Getterung durch Verdampfen des Getters mittels Erhitzung von aussen bei Vakuumröhren, deren Wandungen aus keramischen Werkstoffen oder aus Metall bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Getterstoffe an der Innenseite eines besonderen Wandungsteiles angeordnet werden, der möglichst weit von den an den Gefässwandungen vorhandenen Lötstellen entfernt ist oder über einen Wärmewiderstand mit metallischen Wandungsstellen des Gefässes in Verbindung steht.